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机床电气控制与 PLC. ( 第 8 讲 ) 高安邦教授主讲. 主要授课内容 :. 3.2 机床电气控制常用电路的基本环节 6 ．机床电气的保护控制电路 7 ．机床电气控制的电液控制电路. 6. 机床控制保护环节的任务是保证机床电动机长期正常运行，避免由于各种故障造成电气设备、电网和机床设备的损坏，及保证人身的安全。保护环节是机床等所有生产设备都不可缺少的组成部分。这里讨论的是机床控制低压电路的保护。一般来讲、有常用的以下几种保护：短路保护、过电流保护、热保护及欠电压保护等。.
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机床电气控制与PLC (第8讲) 高安邦教授主讲
主要授课内容: 3.2机床电气控制常用电路的基本环节 6．机床电气的保护控制电路 7．机床电气控制的电液控制电路
(1)短路保护 当电动机绕组的绝缘、导线的绝缘损坏时，或电气线路发生故障时，例如正转接触器的主触点未断开而反转接触器的主触点闭合了都会产生短路现象。此时，电路中会产生很大的短路电流，它将导致产生过大的热量，使电动机、电器和导线的绝缘损坏。因此、必须在发生短路现象时立即将电源切断。常用的短路保护元件是熔断器和断路器。熔断器的熔体串联在被保护的电路中，当电路发生短路或严重过载时，它自动熔断，从而切断电路，达到保护的目的。断路器(俗称自动开关)，它有短路、过载和欠电压保护功能。通常熔断器比较适用于对动作准确度要求不高和自动化程度较差的系统中。在发生短路时很可能造成一相熔断器熔断，造成单相运行；但对于断路器只要发生短路就会自动跳闸，将三相电路同时切断。断路器结构复杂，广泛用于要求较高的场合。
(2)过电流保护 由于不正确的起动和过大的负载转矩以及频繁的反接制动，都会引起过电流。为了限制电动机的起动或制动电流过大，常常在直流电动机的电枢回路中或交流绕线转子电动机的转子回路中串入附加的电阻。若在起动或制动时，此附加电阻已被短接，就会造成很大的起动或制动电流。另外，电动机的负载剧烈增加，也要引起电动机过大的电流，过电流的危害与短路电流的危害一样，只是程度上的不同，过电流保护常用断路器或电磁式过电流继电器。将过电流继电器串联在被保护的电路中，当发生过电流时，过电流继电器KA线圈中的电流达到其动作值，于是吸动衔铁，打开其常闭触点，使接触器KM释放，从而切断电源。这里过电流继电器只是一个检测电流大小的元件，切断过电流还是靠接触器。如果用断路器实现过电流保护，则检测电流大小的元件就是断路器的电流检测线圈，而断路器的主触点用以切断过电流。
(3)热保护 热保护又称长期过载保护。所谓过载通常是指发生了“小马拉大车”现象，使电动机的工作电流大于了其额定电流。造成过载的原因很多，如负载过大、三相电动机单相运行、欠电压运行等。当长期过载时，电动机发热，使温度超过允许值，电动机的绝缘材料就要变脆，寿命降低、严重时使电动机损坏，因此必须予以保护。常用的过载保护元件是热继电器。热继电器可以满足这样的要求：当电动机为额定电流时，电动机为额定温升，热继电器不动作；在过载电流较小时，热继电器要经过较长时间才动作；过载电流较大时，热继电器则经过较短时间就会动作。 由于热惯性的原因，热继电器不会因电动机短时过载冲击电流或短路电流而立即动作。所以在使用热继电器作过载保护的同时，还必须设有短路保护，并且选作短路保护的熔断器熔体的额定电流不应超过4倍热继电器发热元件的额定电流。
(4)欠电压与零电压保护 当电动机正在运行时，如果电源电压因某种原因消失，为了防止电源恢复时电动机自行起动的保护称为零电压保护，零电压保护常选用零压保护继电器KHV。当电动机正常运行时，电源电压过分地降低将引起一些电器释放，造成控制线路不正常工作，可能产生事故。因此，需要在电源电压降到一定允许值以下时，将电源切断，这就是欠电压保护。欠电压保护常用电磁式欠电压继电器KV来实现。欠电压继电器的线圈跨接在电源两相之间，电动机正常运行时，当线路中出现欠电压故障或零压时，欠电压继电器的线圈KV得电，其常闭触点打开，接触器KM释放，电动机被切断电源。对于按钮起动并具有自锁环节的电路，本身已具有零电压保护功能，不必再考虑零电压保护。
2.机床中的电液控制 液压传动系统能够提供较大的驱动力，并且运动传递平稳、均匀、可靠、控制方便。当液压系统和电气控制系统组合构成电液控制系统时，很容易实现自动化，电液控制被广泛地应用在各种机床设备上。电液控制是通过电气控制系统控制液压传动系统按给定的工作运动要求完成动作。液压传动系统的工作原理及工作要求是分析电液控制电路工作的一个重要环节。
(1)液压系统组成 液压传动系统主要由四个部分组成： （1）动力装置(液压泵及传动电动机)； （2）执行机构(液压缸或液压马达)； （3）控制调节装置(压力阀、调速阀、换向阀等)； （4）辅助装置(油箱、油管等)。
(2)电磁换向阀(二位四通电磁阀) 图中：1-阀体 ；2阀心；3-弹簧；4-电磁铁；5-推杆 它有四个阀口，阀口0和P均为压力油口(进油口)，A、B为工作油口，接液压缸右、左两个腔。 图中所示的位置，是当电磁铁断电时，阀芯在弹簧作用下被推向左边的情况，即阀口P与A通，B与O通。当电磁铁得电时，阀芯被推向右边，P与B通，A与O通。即改变了压力油进入液压缸的方向，实现了油路的换向。
（3）常用电磁换向阀图形符号 a）二位二通阀；b) 二位三通阀；c)二位四通阀；d) 三位四通阀；e）三位五通阀
其工作原理如下：动力滑台快进，要求电磁换向阀YVl在左位，压力油经换向阀进入液压缸左腔，推动活塞右移，此时电磁换向阀YV2-1也要求位于左位，使得油缸右腔回油经YV2阀返回液压缸左右，增大液压缸左腔的进油量，活塞快速向前移动。为实现上述油路工作状态，电磁阀线圈YV1-l必须通电，使阀YV1切换到左位，YV2-l通电使YV2切换到左位。动力滑台前移到达工进起点时，压下行程开关SQ2，动力滑台进入工进的工步。动力滑台工进时，活塞运动方向不变，但移动速度改变，此时控制活塞运动方向的阀YV1仍在左位，但控制液压缸右腔回油通路的阀YV2切换到右位，切断右腔回油进入左腔的通路，而使液压缸右腔的回油经调速阀流回油箱，调速阀节流控制回油的流量，从而限定活塞以给定的工进速度继续向右移动，YV1-l保持通电，使阀YV1仍在左位，但是YV2-l断电，使阀YV2在弹簧力的复位作用下切换到右位，满足工进油路的工作状态。工进结束后，动力滑台在终点位压动终点限位开关SQ3，转入快退工步。滑台快退时，活塞的运动方向与快进、工进时相反，此时液压缸右腔进油，左腔回油，阀YV1必须切换到右位，改变油的通路，阀YV1切换以后，压力油经阀YV1进入液压缸的右腔，左腔回油经YV1直接回油箱，通过切断YV1-l的线圈电路使其失电，同时接通YV1-2的线圈电路使其通电吸合，阀YV1切换到右位，满足快退时液压系统的油路状态。动力滑台快速退回到原位以后，压动原位行程开关SQ1，即进入停止状态。此时要求阀YV1位于中间位的油路状态，YV2处于右位，当电磁阀线圈YV1-l、YV1-2、YV2-l均失电时，即可满足液压系统使滑台停在原值的工作要求。其工作原理如下：动力滑台快进，要求电磁换向阀YVl在左位，压力油经换向阀进入液压缸左腔，推动活塞右移，此时电磁换向阀YV2-1也要求位于左位，使得油缸右腔回油经YV2阀返回液压缸左右，增大液压缸左腔的进油量，活塞快速向前移动。为实现上述油路工作状态，电磁阀线圈YV1-l必须通电，使阀YV1切换到左位，YV2-l通电使YV2切换到左位。动力滑台前移到达工进起点时，压下行程开关SQ2，动力滑台进入工进的工步。动力滑台工进时，活塞运动方向不变，但移动速度改变，此时控制活塞运动方向的阀YV1仍在左位，但控制液压缸右腔回油通路的阀YV2切换到右位，切断右腔回油进入左腔的通路，而使液压缸右腔的回油经调速阀流回油箱，调速阀节流控制回油的流量，从而限定活塞以给定的工进速度继续向右移动，YV1-l保持通电，使阀YV1仍在左位，但是YV2-l断电，使阀YV2在弹簧力的复位作用下切换到右位，满足工进油路的工作状态。工进结束后，动力滑台在终点位压动终点限位开关SQ3，转入快退工步。滑台快退时，活塞的运动方向与快进、工进时相反，此时液压缸右腔进油，左腔回油，阀YV1必须切换到右位，改变油的通路，阀YV1切换以后，压力油经阀YV1进入液压缸的右腔，左腔回油经YV1直接回油箱，通过切断YV1-l的线圈电路使其失电，同时接通YV1-2的线圈电路使其通电吸合，阀YV1切换到右位，满足快退时液压系统的油路状态。动力滑台快速退回到原位以后，压动原位行程开关SQ1，即进入停止状态。此时要求阀YV1位于中间位的油路状态，YV2处于右位，当电磁阀线圈YV1-l、YV1-2、YV2-l均失电时，即可满足液压系统使滑台停在原值的工作要求。
电液控制系统的分析通常分为三步: (1)工作循环图分析，以确定工步顺序及每步的工作内容，明确各工步的转换主令； (2)液压系统分析，分析液压系统的工作原理，确定每工步中应通电的电磁阀线圈，并将分析结果和工作循环图给出的条件通过动作表的形式列出，动作表上列有每个工步的内容、转换主令和电磁阀线圈通电状态； (3)控制电路分析，是根据动作表给出的条件和要求，逐步分斩电路如何在转换主令的控制下完成电磁阀线圈通断电的控制。
1.主电路的阅读分析 （1）该车床共用了几台电动机？各是拖动什么机械设备或装置的？ （2）每台电动机各用了什么控制方案？ （3）主电路中用了哪些低压电器？各有什么作用？ （4）主电路中具有哪些保护装置？各有 保护什么功能？ （5）为什么机床主电动机一定要用接触器控制起停，而不用刀开关控制？
2.控制电路阅读分析 (1)控制电路中电源电压是多少?照明和信号的电压是多少? (2)控制电路中用了哪些基本电路环节? (3)什么是互锁?有何作用? (4)过载(热)保护是如何工作的?热保护跳闸后如何重新恢复保护功能? (9)试分析C6140电控系统的工作过程?
3.按照C6140车床电路图的阅读分析过程,试阅读分析C650的车床电路图(图5-3)3.按照C6140车床电路图的阅读分析过程,试阅读分析C650的车床电路图(图5-3)
4.本项目:如何阅览机床电路图学习总结 (1)通过本项目的学习您真正学到了哪些专业技术知识? (2)经过本项目的实践训练您真正掌握了哪些专业岗位技能? (3)经过本项目工学结合、“教+学+做”一体化的教学实践，您思想上有哪些 提高？ （4）您对本单元的教学是否满意？有什么意见和建议？
